遇見科學

從太空中也能「看見」海嘯波動？乍聽下似乎有些不可能，但透過中央大學太空科學研究所教授劉正彥及中央大學水文與海洋科學研究所助理教授吳祚任合作，利用全球定位系統（GPS）衛星與地面站觀測資料研究發現太空電離層在311日本大震發生後，太空中也出現了海嘯，證明海嘯波確實會對電離層產生擾動，而這項新發現也為海嘯預警機制開啟了另一扇門。

時間回到3月11日那一天，日本外海發生規模9.0強震、引發了劇烈海嘯，當時滔天巨浪襲捲而來的景象，迄今仍讓災民記憶猶新。不過，這場百年大震不只撼動全球，也啟發學者專家有別以往的研究面向。像是劉正彥和團隊就從太空中電離層變化發現，在地震發生7分鐘後，距離地表350公里的電離層亦跟著產生「太空海嘯」，形成所謂的「同震效應」。

除了偵測到地震波外，劉正彥也觀測到海嘯波會對電離層造成擾動。劉正彥表示，他發現日本在當天下午1點46分發生地震時，也引起了「移形電離層擾動」，緊接著日本海溝的西側就在1點53分至1點55分的時間出現海嘯。

為找尋引發太空震動的「源頭」，劉正彥和團隊利用日本、台灣建置的一千多個地面GPS測站，並整合太空中11個GPS衛星資料，分析出發生太空震動的時間與位置，並從太空中「反推回去」，找出地表震動最劇烈的地方，找尋引發太空震動的發源地。

值得注意的是，透過這樣的分析研究，團隊也進一步找到驚人發現。劉正彥表示，當日本在下午1點46分發生地震時，團隊發現台灣上空的電離層也在下午5點15分出現被抬升的情況，接著海嘯在6點10分到達台灣。劉正彥表示，從這裡可看出地表海嘯所引發的電離層震動，會比海嘯提早約1小時到達台灣，透過兩者的時間差異，正好為海嘯預警機制「搶得先機」。

劉正彥說，電離層位置大約是在距離地表100公里至2萬公里處，雖然距離不算近，但當地表發生強烈震動時，引發的巨大能量卻會拍動大氣；加上大氣層空氣密度隨高度遞減，所以地表波動傳到太空後會被放大一萬倍，而這也成為從太空觀測海嘯源頭的「利基」。不只如此，研究估計，日本海嘯引發的電離層波動傳遞速度約為每秒2.3至3.3公里，與海嘯在地表每小時700公里的移動速度相近，亦有助於海嘯預警。

為證實海嘯波確實會對電離層產生擾動。劉正彥也將觀測到的電離層訊號與吳祚任研究的「311強震海嘯數值模擬」進行比對，從中清楚看到太空電離層波動與地表海嘯波傳遞出現「吻合」情況，代表兩者之間的確有關連性。

透過這樣的分析比對，也讓團隊得以找出海嘯生成源頭與傳播情形，研究結果刊登在國際期刊《地球物理研究》（Journal of Geophysical Research）中。